Nano Lithography. Lithography The print principle. Lithography Examples. With the help of. Outline SEM/TEM:

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Nano Lithography. Lithography The print principle. Lithography Examples. With the help of. Outline SEM/TEM:"

Νίκη Μητσοτάκης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

Lithography Lithography is a method for printing on a smooth surface.

It can be used to print text or artwork onto paper or another suitable material.

integrated circuits and microelectromechanical systems.

Munich Lithography The print principle Lithography Examples Lithography is a printing

For instance, the positive part of an image would be a hydrophobic chemical, while the

Thus, when the plate is introduced to a compatible ink and water mixture, the ink will

1 Lithography Lithography is a method for printing on a smooth surface. Invented by Bavarian author Alois Senefelder in It can be used to print text or artwork onto paper or another suitable material. It can also refer to photolithography, a microfabrication technique used to make integrated circuits and microelectromechanical systems. Nano Lithography Danny Porath 2007 Lithography stone and mirror-image print of a map of Munich Lithography The print principle Lithography Examples Lithography is a printing process that uses chemical processes to create an image. For instance, the positive part of an image would be a hydrophobic chemical, while the negative image would be water. Thus, when the plate is introduced to a compatible ink and water mixture, the ink will adhere to the positive image and the water will clean the negative image. Lithography press for printing maps in Munich Outline SEM/TEM: 1. Examples, links and homework 2. Cleanroom 3. Photolithography With the help of. 1. Yosi Shacam TAU 2. Yossi Rosenwacks TAU 3. Delft people and site 4. 1

Homework 3 1. Read the paper: Scanning Gate Spectroscopy on Nanoclusters Gurevich et. al., Applied Physics Letters 76, 384 (2000).

al., Science 283, 662 (1999). - Emphasize the lithography part. Internet Sites Handbook of Microlithography, micromachining and microfabrication, Editor P.

pdf http://www.eng.tau.ac.il/~yosish/courses.html http://www.jcnabity.com/ http://www.ece.gatech.edu/research/labs/vc/theory/photolith.html http://www.ece.gatech.edu/research/labs/vc/ http://www.

20files/photolithography.pdf. First Transistor and First Integrated Circuit John Bardeen, William Shockley and Walter Brattain invented the transistor in 1947.

2 Homework 3 1. Read the paper: Scanning Gate Spectroscopy on Nanoclusters Gurevich et. al., Applied Physics Letters 76, 384 (2000). - Emphasize the lithography part. 2. Read the paper: Direct Patterning of modified oligonucleotides on metals and insulators by dip pen lithography Demers et. al., Science 283, 662 (1999). - Emphasize the lithography part. Internet Sites Handbook of Microlithography, micromachining and microfabrication, Editor P. Rai-Choudhury First Transistor and First Integrated Circuit John Bardeen, William Shockley and Walter Brattain invented the transistor in This transistor was a pointcontact transistor made out of Germanium (not Silicon which is widely used today). The idea of an integrated circuit was conceived at the same time by Jack kilby of Texas Instruments and Robert Noyce of Fairchild semiconductor. 2

3 3

4 Examples (DIMES (DIMES- DELFT) Examples (DIMES (DIMES- DELFT) Cleenroom Transistors Interconnects (Intel, 130 nm technology) 4

5 Cleanroom Class Ratings Cleanroom Class Ratings ( ULSI Technology, Chang & Sze) ( ULSI Technology, Chang & Sze) Types of Cleanrooms Types of Cleanrooms ( ULSI Technology, Chang & Sze) ( ULSI Technology, Chang & Sze) Clean Air Production DIMES Basement 5

6 Gowning in The Cleanroom Gowning Class 10,000 Vertical and Horizontal Laminar Benches Gowning Class 100 Clean Entrance Characteristics of Cleanrooms DIMES Facilities Class 10,000 Lab DIMES Facilities Class 100 Lab Base Processes 20-nm E-Beam Lithography Near/Deep-UV Optical Lithography Various special dry-etch tools Metal Sputter Deposition Metal Evaporation Furnace and RTO Processes SEM, FIB, STM, MFM 6

7 Organic Clean Bench Chemical Storage Inspection Area Inorganic Clean Bench Mask Aligners Carl Susz DUV contact printer Alignment Microscopes DUV contact printer Carl Susz NUV contact printer 7

8 Terminal Room Leica EBPG 5 Mask Plasma Stripper Etching Systems Hitachi SEM Deposition Area 8

9 Focused Ion Beam (FIB) Philips SEM DIMES Facilities Special Applications Lab Atomic Force Microscope (AFM) Post-Process Labs MEMS and RF/MEMS Wafer-Scale Packaging Laser annealing Amorphous silicon Other special processes 9

10 10

11 11

12 תוכן עקרונות בסיסיים פרמטרים מאפיינים - עומק מוקד, חשיפה, רזולוציה, קונטרסט ועוד טכניקות מדידה - מה מודדים ואיך עקרונות בקרת תהליך הליתוגרפיה נושאים חדשים בליתוגרפיה עבור ULSI ליתוגרפיה אופטית - עקרונות בסיסיים תאור הדמות ) Image (Aerial תהליך החשיפה תהליך הפיתוח בקרת רוחב קו, בקרת ממד קריטי ליתוגרפיה כתהליך העברת מידע מסכה תכנון דמות אופטית דמות סמויה בחומר הצילום פיתוח הדמות העתקת הדמות למעגל המשולב 12

מער כת החשיפה מאיר ים א ת המסכה מצידה הא חור י האור עובר דרך המסכה ומתאבך תמונ ת ההת אבכות נעה מהמסכה לעדשה העדשה אוס פת חלק מהגל המתאבך וי וצר ת דמו ת משוחז רת במי שו ר המוקד יש א ובדן מידע הנובע

edu/research/labs/vc/processes/process-steps.

13 מער כת החשיפה מאיר ים א ת המסכה מצידה הא חור י האור עובר דרך המסכה ומתאבך תמונ ת ההת אבכות נעה מהמסכה לעדשה העדשה אוס פת חלק מהגל המתאבך וי וצר ת דמו ת משוחז רת במי שו ר המוקד יש א ובדן מידע הנובע מהגודל הסופ י של העדשה תכנון מסכ ה דמות אופטית דמות סמויה בחומר הצילום פיתוח הדמות העתקת הדמות למעגל המשולב תהליך העברת התמונה אל הרזיסט מער כת החשיפה מאיר ים א ת המסכה מצידה הא חור י האור עובר דרך המסכה ומתאבך תמונ ת ההת אבכות נעה מהמסכה לעדשה העדשה אוס פת חלק מהגל המתאבך ויוצ רת דמ ות משוחז רת במי שו ר המוקד יש א ובדן מידע הנובע מהגודל הסו פי של העדשה מה קובע את איכות הליתוגרפיה? איכות הפוטורזיסט לאחר החשיפה בקרת רוחב קו, פרופיל הרזיסט, רזולוציה, חלון התהליך רגיסטרציה תאימות לתהליך התנגדות לאיכול, יציבות תרמית, אדהזיה, תאימות כימית, היכולת להורדה ייצוריות מחיר, בטיחות, פגמים, יציבות, זמן חיי מדף. יצירת הדמות - דוגמה קונטרסט הדמות הארה קוהרנטית Intensity, I 0 1 I max I min Imax - I Image contrast = min Imax + Imin חוק בראג: θn p sin(θ n )= nλ מסכת קוורץ עם שכבת כרום ועליה פסים עם מרחק מחזור P 13

14 מישור המוקד העדשה עדשה בקוטר D ומרחק f מהמסכה מסכה הטלת דמות בעזרת עדשה דקה D NA= nsin( α) 2 f מה קובע את הרזולוציה? הרזולוצ יה י חס ית לאורך הגל, λ ככל שה- NA עולה - העדשה אוספת יותר מידע והרזולוציה משתפרת. הגדרות פרקטיות רזולוציה הדמות הקטנה ביותר שיש לה משמעות ייצורית. עומק מוקד תחום הסטייה ממשטח המוקד האידיאלי, שיתן את הרזולוציה הדרושה. f/#=f/d NA=n sin(a) = 1/(2 f/#) λ Re solution= k1 NA אפיון מכשיר החשיפה - ה- Stepper נתוני בחירה -,NA דרגת הקוהרנטיות σ, אורך הגל λ. תאור המסכה - רוחב הקו, המחזור. כמות הסטייה האפשרית מהמוקד המצטברת בתהליך החשיפה. הנחה בסיסית - הדמות הטובה ביותר תיתן את תהליך הליתוגרפיה הטוב ביותר. רזולוציה של MASK ALIGNER 2b = 3 λ( s+ 0.5d ) l = exposure wavelength d = resist thickness 2b = minimum pitch of line-space pattern s = spacing between the mask and the resist 14

ההארה (I) בזמן ההארה נותנת את אנרגיית החשיפה.

15 צילום ישיר ע י MASK ALIGNER מסכות איכות החשיפה תלויה במערכות החשיפה אך גם במידע על המסכה. התמונה הסמויה הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה של חומר רגיש לאור - פוטורזיסט החומר מכיל תרכוב ת פעילה הקרו י ה: ריכוז ה- PAC PAC - Photo Active Compound מסומן כ - m - וזו התמונה הסמויה מכפלת עוצמת ההארה (I) בזמן ההארה נותנת את אנרגיית החשיפה. m הנו פונקצי ה של אנרגי ית הח ש יפה השפעת ההארה על חומר הצילום הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה של חומר רגיש לאור - פוטורזיסט ישנם שנ י סוג י פ וט ורז יס ט: שלילי - החומר נשאר באזור המואר - חיובי - החומר יורד באזור המואר - אור - E=hυ חומר צילום שלילי - PHOTORESIST NEGATIVE חומר צילום שלילי - NEGATIVE PHOTORESIST ההארה יוצרת סופר מולקולות מרובות ענפים המולקולות הגדולות יוצרות מבנה המאט את קצב חדירת הנוזל למוצק. ישנה נקודה, בה המוצק הופך להיות לא מסיס, הקרויה נקודת הג ל. 1. Non-photosensitive substrate material About 80 % of solids content Usually cyclicized poly(cis-isoprene) 2. Photosensitive cross-linking agent About 20 % of solids content Usually a bis-azide ABC compound 3. Coating solvent Fraction varies Usually a mixture of n-butyl acetate, n-hexyl acetate, and 2- butanol Example: Kodak KTFR thin film resist: 15

פיתוח באזורים המוארים הפולימר מצולב. ישנם ממסים אורגנים שיחדרו באזורים הלא מוארים, יתפיחו אותם, יגרמו לפירוק הקשרים הכימיים הקיימים וישטפו אותם.

16 פיתוח באזורים המוארים הפולימר מצולב. ישנם ממסים אורגנים שיחדרו באזורים הלא מוארים, יתפיחו אותם, יגרמו לפירוק הקשרים הכימיים הקיימים וישטפו אותם. פוטורזיסט חיובי הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה של חומר רגיש לאור - פוטורזיסט חיובי החומר מכיל תרכובת פעילה הקרויה: PAC - Photo Active Compound ריכוז ה- PAC מסומן כ - m - וזו התמונה הסמויה מכפלת עוצמת ההארה (I) בזמן ההארה נותנת את אנרגיית החשיפה. m הנו פונקציה של אנרגיית החשיפה הקונטרסט של הפוטורזיסט שיפוע - γ עובי רזיסט מנורמל - E 0 אנרגית הסף להורדת הרזיסט , E אנרגית החשיפה [mj/cm 2 ] הפיכת הדמות איכול - העתקת הדמות רזיסט שכבה I שכבה II איכול אנאיזוטרופי רזיסט דו-שכבתי מתאים לנידוף מתכת ומונע מגע ישיר בין המתכת והרזיסט הנותר כך שקל לסלק את הרזיסט לאחר הנידוף off) (lift 16

Examples: Photolithography סיכום ביניים תהליך יצירת תמונה חשיפה פיתוח סה כ התהליך פונקציה מאפיינת איכות הדמות האופטית איכות הדמות הסמויה צורת חומר הצילום מרווח החשיפה - Exposure latitude 193 nm

17 Examples: Photolithography סיכום ביניים תהליך יצירת תמונה חשיפה פיתוח סה כ התהליך פונקציה מאפיינת איכות הדמות האופטית איכות הדמות הסמויה צורת חומר הצילום מרווח החשיפה - Exposure latitude 193 nm excimer laser litho on a fully planar substrate בקרת רוחב הקו מה קובע את יכולת בקרת התהליך? השגיאות האקראיות בתהליך הייצור תגובת התהליך לשגיאות הללו הגדרת מרווח החשיפה E E no min al מרווח החשיפה = 100% E E(CD -10%) - E(CD+ 10%) רוחב הקו CD +10% Nominal linewidth CD CD-10% E(CD+10%) E(CD) E(CD-10%) אנרגית החשיפה השפעת המצע המצע מחזיר חלק מהאור ו יו צר תבנ ית גל ים עומדים עם החזרות ללא החזרות פתרון לבעיית הגלים העומדים הכנסת שכבה לא מחזירה ARC - Anti Reflective Coating דוגמה: הוספת שכבת טי טניום-ניטר יד TiN) ( מעל שכבת אלומיני ום. הוספת צבע בולע לרזיסט (פתרון מוגבל) 17

18 דרישות מהפוטורזיסט מציאת עומק מוקד אידאלי רוחב קו CD E עולה רוחב קו - נומינלי ± 10% זווית צד < 80 אובדן רזיסט > % 10 מיקום המוקד עומק מוקד עומק המוקד ) DOF ( - תחום המוקד שנותן את פרופיל הרזיסט לפי הדרישות לרוחב קו נתון ועומד בדרישות של מרווח חשיפה נתון. דוגמה: השגיאה במרחק המוקד שגיאות אקראיות 0.10 מיקרון חימום העדשה 0.20 מיקרון השפעת הסביבה 0.05 מיקרון הטית המסכה 0.12 מיקרון מישוריות המסכה 0.30 מיקרון מישוריות הפרוסה 0.14 מיקרון מישוריות המכשור 0.20 מיקרון הדירות המכשיר 0.30 מיקרון השגיאה בקביעת DOF 0.10 מיקרון רעידות 0.60 מיקרון סה כ λ DOF = k 2 NA 2 שגיאת המוקד הבנויה במערכת (BIFE) קביעת חלון התהליך תחום אבדן רזיסט > 10% אנרגית החשיפה שגיאות אקראי ות 0.6 מיקרו ן תחום ה- CD טופוג רפיה עקמומיו ת שדה ואסט יגמ טיזם עובי הרזי סט 0.5 מיקרון 0.4 מיקרון 0.1 מיקרון חלון התהליך אנרגית החשיפה הנומינלית 0 סה כ השגיאה (BIFE) 1.6 מיקרו ן מיקום המוקד תחום זווית צד < 80 18

19 שיטות לשיפור חלון התהליך חש יפה במס פר מרחקי מוקד הוספת חומר מגדיל קונטרסט CEL - Contrast Enhanced Lithography המוקד למעלה פוטורזיסט המוקד למטה פוטורזיסט ה- CEM נעשה שקוף באזור המואר הנדסת חזית הגל בקרת העוצמה וה פאזה של גל האור עיצוב המסכה - הוספת אלמנטים הקטנים מגבול הרזולוציה. OPC - Optical Phase Correction הוספת אלמנט ים מס יחי פאזה PSM - Phase Shifting Masks הארה מיוחדת - בזווית מסננים במישו ר הצמצם תיקון פינה Serif תיקון פאזה אופטי (OPC) מסכה עם OPC מסכה רגילה הסחת פינה פנימה Pullback- הסחת פאזה על המסכה ע י הוספת שכבות דקות דיאלקטריות שקופות הסחת הפאזה - משפרת את הקונטרסט האופטי E, mask הסחת פאזה של 180 E, Wafer I= E 2 - E השדה החשמלי, - I עוצמת ההארה שכבה מסיחת פאזה - Shifter φ=2π (n -1) d λ - n מקדם השבירה של השכבה הדיאלקטרית - d עובי השכבה הדיאלקטרית 19

20 מדיד ות רו חב קו אפיון הליתוגרפיה מדי דות א ופטי ות מדי דות בעזרת SEM מדיד ות צ ור ת הקו מדידות בעזרת SEM ו- FIB מדידות פרמטרי הרזיסט - A,B,C מדיד ות פ רמט רי הח שי פה סיכום פוטוליתוגרפיה - תהליך העתקת המידע לפרוסה לתהליך טי פוס י י ו תר מ 14 התהליך מוגבל דיפרקציה מסכות. השימ וש בח ומר צילו ם לא-ליני אר י הבולע אור משפר את הרזולו צ יה תהליך הלית וגר פ יה הנו קרי טי להצ לחת תהליך הי צור 20

Σχετικά έγγραφα

Nano Lithography. Danny Porath 2007

Nano Lithography. Danny Porath 2007 Nano Lithography Danny Porath 2007 Lithography Lithography is a method for printing on a smooth surface. Invented by Bavarian author Alois Senefelder in 1796. It can be used to print text or artwork onto